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  • 通过改进Linux系统的实时性,构建了面向多媒体应用的嵌入式Linux系统。实验结果表明,该系统在实时性方面完全可以满足多媒体应用的需求。关键词:嵌入式系统实时性Linux多媒体应用  当今信息社会,以多媒体为特征...
  • 通过改进Linux系统的实时性,构建了面向多媒体应用的嵌入式Linux系统。实验结果表明,该系统在实时性方面完全可以满足多媒体应用的需求。 当今信息社会,以多媒体为特征的信息技术和信息产业的发展及应用对人类社会...
    首先对Linux系统的实时机制作了分析,然后根据多媒体应用的特点.通过改进Linux系统的实时性,构建了面向多媒体应用的嵌入式Linux系统。实验结果表明,该系统在实时性方面完全可以满足多媒体应用的需求。

      当今信息社会,以多媒体为特征的信息技术和信息产业的发展及应用对人类社会产生的影响和作用愈来愈明显,愈来愈重要。多媒体技术的发展在很大程度上依赖于多媒体软件开发的水平。目前不管是支撑多媒体的系统软件,还是应用软件,都在能力和数量上难以满足多媒体飞速发展的需要。特别是多媒体系统软件的缺乏,一直是制约多媒体产业发展的瓶颈问题之一。

      Linux从1991年诞生之日起至今不过十来年,却已发展成为一个功能强大、设计完善的操作系统。在嵌入式领域,Linux同样获得了飞速发展。Linux具有以下特点:

       (1)Linux操作系统的开放源码易于定制剪裁,在价格上有竞争力;

      (2)Linux操作系统的内核小、功能强大、运行稳定、系统强壮、效率高;
       
       (3)Linux操作系统不仅支持X86 CPU,还可以支持其他数十种CPU芯片;
      
      (4)Linux支持所有标准的因特网协议,几乎所有的协议和网络接口都定制在其中。

      因此,Linux系统是多媒体终端操作系统的首选。

      1 通用Linux实时性分析及其在实时性方面的不足

      虽然目前Linux内核在实时性方面有所增强,但由于Linux系统本身是一个面向桌面的系统,所以将它应用于多媒体终端时,在实时性方面仍存在一些问题。

      1.1 通用Linux系统的调度策略

      通用Linux系统支持实时和非实时两种进程,实时进程相对于普通进程具有绝对的优先级。对应地,实时进程采用SCHED_FIFO或者SCHED_RR调度策略,普通的进程采用SCHED_OTTIER调度策略。

      SCHED_OTHER调度策略本质上是一种比例共享的调度策略,它的这种设计方法能够保证进程调度时的公平性:一个低优先级的进程在每一个epoch中也会得到自己应得的那些CPU执行时间,另外它也提拱了不同进程的优先级区分,具有高priority值的进程能够获得更多的执行时间。

      对于实时进程来说,它们使用基于实时优先级rt_pnonty的优先级调度策略,但根据不同的调度策略,同一实时优先级的进程之间的调度方法有所不同。

      Linux调度时,要遍历运行队列,对队列中的每一个进程计算goodness值,goodness最大的进程将被选中运行。根据调度策略的不同,进程的goodness值也要做不同的计算。普通进程的gooclness值是在该进程计数值counter基础上略有浮动,其范围是O~999。实时进程的goodness值是将该进程实时优先级rt_priority加上1000。所以实时进程的goodness总是大于非实时进程,从而保证了实时进程的优先调度权。函数goodness()如下:

      从上面的Soodness()函数可以看出普通Linux内核的进程调度算法只是软实时的,并不是硬实时的。

      1.2通用Linux实时性方面的缺陷

      (1)Linux系统中的调度单位为lOms,所以它不能够提供精确的定时;

      (2)当一个进程调用系统调用进入内核态运行时,它是不可被抢占的;

      (3)Linux内核实现使用了大量的封中断操作会造成中断的丢失;

      (4)由于使用虚拟内存技术,当发生页出错时,需要从硬盘中读取交换数据,但硬盘读写由于存储位置的随机性会导致随机的读写时间,这在某些情况下会影响一些实时任务的截止期限;

       (5)虽然Linu~进程调度也支持实时优先级,但缺乏有效的实时任务调度机制和调度算法;其网络子系统的协议处理和其他设备的中断处理都没有与它对应的进程的调度关联起来,并且其自身也没有明确的调度机制。

      2 面向多媒体应用的Linux实时性改进

      提高Linux的实时性一般有两种方法:一种是对普通的Linux内核的数据结构、调度函数、中断方式等进行修改,使其能够处理实时进程。另一种是在Linux内核之外,进行实时性扩展。也就是在普通Linux的基础之上再设计一个用于专门处理实时进程的内核。为了提高Linux的实时性,并且使之能够更好地满足多媒体应用系统的需求,本文采用第一种方法来提高系统的实时性。

      2.1 提高系统所支持的时钟精度

      为了提高Linux系统的实时特性,必须提高系统所支持的时钟精度。但如果仅仅简单地提高时钟频率,会引起调度负载的增加,从而严重降低系统的性能。为了解决这个矛盾,本文将时钟芯片设置为单次触发状态,即每次给时钟芯片设置一个超时时间,然后到该超时事件发生时在时钟中断处理程序中再次根据需要给时钟芯片设置一个超时时间。其基本思想是:一个精确的定时意味着时钟中断在一个比较精确的时间发生,但并非一定需要系统时钟频率达到此精度。它利用CPU的时钟计数器来提供精度可达CPU主频的时间精度。

      2.2 可抢占式内核设计

      (1)抢占式内核给task struct数据结构增加一个数据项:preempt_count。该数据项由宏preempt_disable( )、pro-empt_enable()、以及preempt_enable_no_resched()所使用。preempt_disable对preempt_count计数进行递增,preempt_

      enable对preempt_count进行递减。preempt_enable宏查看当前进程的preempt_count和need_resched域的内容,如果preempt_count为O并且need_resched为1,则调用pre-empt_schedule()函数。该函数将给当前进程的preempt_count项增加一个很大的值,然后调用进程调度函数8chedule(),在scheduhj函数返回后从该进程preempt_count中再减去该值,从而实现内核可抢占。

      (2)修改schedule函数,使它检测进程的preempt_co-unter是否很大(这是为了屏蔽一些普通调度流程中对于抢占式调度来说是冗余的那些操作),然后执行抢占式调度。同时修改spinlock的代码。在spin_lock()和spin_try_lock中增加了对于preempt_disable的调用,在spin__un-lock()中增加了对于preempt_enable的调用。修改中断返回的代码,在其中增加了对于preempt_enable的调用。

      由以上可看出内核的抢占式调度发生在如下情况:在释放spinlock时,或者当中断返回时,如果当前执行进程的need_resched被标记,则进行抢占式调度。

      2.3 实时任务调度的实现

      在任务切换方面限制Linux不能进入RTOS行列的主要原因是:内核无法及时进行进程调度,即任务调度器schedule()函数不能及时被执行;当中断返回到内核态时,Linux内核禁止进行进程调度,只有中断返回到用户态时,Linux内核才允许进行进程调度。针对这两点,对Linux内核的相关函数作如下修改:


       

         这样可以解决当中断返回到内核态时,Linux内核禁止进行进程调度,只有中断返回到用户态时,Linux内核才允许进行进程调度的问题,从而增强了任务调度的实时性。

      3 嵌入式Linux实时性能测试结果

      测试工具:Linux Trace ToolKit-0.8
      测试环境:Intel Celeron 1.2GHz CPU、256MB SDRAM,通用LJnux为Red Hat9.0,RT-Linnx为3.0版,Media-Linux即为本文实现的嵌入式Linnx。
      测试结果如表l所示。

     

      可以看出,本文构建的Linux系统的任务响应时间处于十微秒级,完全可以满足多媒体应用终端的实时性需求。

      根据多媒体应用的特点,在尽可能地保证系统性能的前提下,本文通过提高系统所支持的时钟精度、设计可抢占式内核、增强实时任务调度改进了通用Linnux的实时性(关键部分给出了源代码及数据结构)。实验结果表明,该系统在实时性方面完全可以满足多媒体终端应用的需求,具有较好的应用前景。

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  • 多媒体技术

    2009-04-18 17:50:00
    因此,多媒体技术的关键特性在于信息载体的多样性,集成性,协同性,实时性和交互性。这也是多媒体技术研究中必须解决的主要问题。 信息载体多样性 信息载体的多样性是多媒体的主要特征之一,也是多媒体研究需

    多媒体技术所处理的文字、数据、声音、图像、图形等媒体数据是一个有机的整体,而不是一个个“分立”的信息类的简单堆积,多种媒体间无论在时间上还是在空间上都存在着紧密的联系,是具有同步性和协调性的群体。因此,多媒体技术的关键特性在于信息载体的多样性集成性协同性实时性交互性。这也是多媒体技术研究中必须解决的主要问题。

    信息载体多样性

    信息载体的多样性是多媒体的主要特征之一,也是多媒体研究需要解决的关键问题。多媒体技术的多样性体现在信息采集或生成、传输、存储、处理和显现的过程中,要涉及到多种感知媒体、表示媒体、传输媒体、存储媒体或呈现媒体,或者多个信源或信宿的交互作用。这种多样性,当然不是指简单的数量或功能上的增加,而是质的变化。例如,多媒体计算机不但具备有文字编辑、图像处理、动画制作以及通过电话线路(经由调制解调器)或网络(经由网络接口卡)收发电子函件(Email)等功能,又有处理、存储、随机地读取包括伴音在内的电视图像的功能,能够将多种技术、多种业务集合在一起。

    信息载体的多样化使计算机所能处理的信息空间范围扩展和放大,而不再局限于数值、文本或特殊对待的图形和图像,这是计算机变得更加人性化所必须的条件。人类对于信息的接收和产生主要在视觉、听觉、触觉、嗅觉和味觉五个感觉空间内,其中前三种占了95%的信息量。借助于这些多感觉形式的信息交流,人类对于信息的处理可以说是得心应手。然而计算机以及与之相类似的设备都远远没有达到人类的水平,在信息交互方面与人的感官空间就相差更远。多媒体就是要把机器处理的信息多维化,通过信息的捕获,处理与展现,使之交互过程中具有更加广阔和更加自由的空间,满足人类感官空间全方位的多媒体信息要求。

    交互性

    多媒体的第二个关键特性是交互性。所谓交互就是通过各种媒体信息,使参与的各方(不论是发送方还是接收方)都可以进行编辑、控制和传递。交互性在于,使用者对信息处理的全过程能进行完全有效的控制,并把结果综合地表现出来,而不是单一数据、文字、图形、图像或声音的处理。多媒体系统一般具有如下功能:捕捉、操作、编辑、存储、显现和通信,用户能够随意控制声音、影象,实现用户和用户之间、用户和计算机之间的数据双向交流的操作环境,以及多样性、多变性的学习和展示环境。

    交互性向用户提供更加有效的控制和使用信息的手段和方法,同时也为应用开辟了更加广阔的领域。交互可做到自由地控制和干预信息的处理,增加对信息的注意力和理解,延长信息的保留时间。当交互性引入时,活动(Activity)本身作为一种媒体便介入了信息转变为知识的过程。借助于活动,我们可以获得更多的信息。如在计算机辅助教学、模拟训练、虚拟现实等方面都取得了巨大的成功。媒体信息的简单检索与显示,是多媒体的初级交互应用;通过交互特性使用户介入到信息的活动过程中,才达到了交互应用的中级水平;当用户完全进入到一个与信息环境一体化的虚拟信息空间自由遨游时,这才是交互应用的高级阶段,但这还有待于虚拟现实(Virtual Reality,又译作灵境)技术的进一步研究和发展。

    协同性

    每一种媒体都有其自身规律,各种媒体之间必须有机地配合才能协调一致。多种媒体之间的协调以及时间、空间和内容方面的协调是多媒体的关键技术之一。

    实时性

    所谓实时性是指在多媒体系统中多种媒体间无论在时间上还是在空间上都存在着紧密的联系,是具有同步性和协调性的群体。例如,声音及活动图像是强实时的(hard real time),多媒体系统提供同步和实时处理的能力。这样,在人的感官系统允许的情况下,进行多媒体交互,就好象面对面(Face-To-Face)一样,图像和声音都是连续的。实时多媒体分布系统是把计算机的交互性、通信的分布性和电视的真实性有机地结合在一起。

    集成性

    多媒体技术是多种媒体的有机集成。它集文字、文本、图形、图像、视频、语音等多种媒体信息于一体。它像人的感官系统一样,从眼、耳、口、鼻、脸部表情、手势等多种信息渠道接收信息,并送入大脑,然后通过大脑综合分析、判断,去伪存真,从而获得准确的信息。目前,还在进一步研究多种媒体,如触觉、味觉、嗅觉媒体。多种媒体的集成是多媒体技术的一个重要特点,但要想完全像人一样从多种渠道获取信息,还有相当的距离。

    所谓集成性,除了声音、文字、图像、视频等媒体信息的集成,另一方面还包括传输、存储和呈现媒体设备的集成。多媒体系统一般不仅包括了计算机本身,而且包括了像电视、音响、录象机、激光唱机等设备。

     

     

    多媒体的集成性应该说是在系统级上的一次飞跃。早期多媒体中的各项技术和产品几乎都是由不同厂商根据不同的方法和环境开发研制出来的,基本上只能单一零散和孤立地被使用,在能力和性能上很难满足用户日益增长的信息处理要求。但当它们在多媒体的大家庭里统一时,一方面意味着技术已经发展到相当成熟的阶段,另一方面也意味着各自独立的发展不再能满足应用的需要。信息空间的不完整,开发工具的不可协作性,信息交互的单调性等都将严重地制约和限制着多媒体信息系统的全面发展。因此,多媒体的集成性主要表现在多媒体信息的集成以及操作这些媒体信息的工具和设备集成这两个方面。对于前者而言,各种信息媒体应能按照一定的数据模型和组织结构集成,后者强调了与多媒体相关的各种硬件的集成和软件的集成,为多媒体系统的开发和实现建立一个理想的集成环境,提高了多媒体软件的生产力。

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  • 由于P2P网络的动态性、...在总结现有P2P网络系统采用的实时技术的基础上,分析了P2P网络结构、搜索协议(算法)和任务调度对实时性的影响,提出P2P网络实时性研究存在的问题,总结出P2P实时性研究需要解决的关键技术。
  • 多媒体技术基础

    2021-02-28 23:43:45
    多媒体的特点:集成性、交互性、实时性。 流媒体:指是一种新媒体传送方式,而非一种新媒体,是指以流方式在网络中传输音频、 视频等媒体文件的技术形式。 超文本:超文本(Hypertext)是用超链接方法,将...

    第四章 多媒体技术基础
    一、基本概念
    多媒体:在计算机系统中,组合两种或两种以上媒体的一种人机交互式信息交流和传播媒体。使用
    的媒体包括文字、图片、照片、声音、动画和影片,以及所提供的互动功能。
    多媒体的特点:集成性、交互性、实时性。
    流媒体:指的是一种新的媒体传送方式,而非一种新的媒体,是指以流的方式在网络中传输音频、
    视频等媒体文件的技术形式。
    超文本:超文本(Hypertext)是用超链接的方法,将各种不同空间的文字信息组织在一起的网状文
    本。
    超媒体:超文本主要是以文字的形式表示信息,建立的链接关系主要是文句之间的链接关系。超媒
    体除了使用文本外,还使用声音、图形、图像、动画和视频片段等多种媒体信息来表示信息,建立的链
    接关系是文本、声音、图形、图像、动画和视频片段之间的链接关系。
    二、位图与矢量图

    三、图像参数及存储容量计算
    (一)图像分辨率
    图像分辨率是指单位英寸中所包含的像素点数,是衡量图像好坏的指标。图像的分辨率越高,所包
    含的像素就越多,图像就越清晰。在用扫描仪扫描图像时,如果用 300×300 的分辨率,那么一幅 8×10
    寸的图像,最后的像素点为:8×300×10×300。
    (二)像素深度
    也叫图像深度,指存储每个像素所用的位数。像素深度决定彩色图像的每个像素可能有的颜色数,
    或者确定灰度图像的每个像素可能有点灰度级别。
    一幅彩色图像每个像素用 R,G,B 三个分量表示,若每个分量用 8 位,那么一个像素共用 24 位。
    就是像素的深度为 24。
    (三)图像文件的大小
    图像数据量=图像的总像素×图像深度/8(Byte)
    图像的总像素=水平方向像素数×垂直方向像素数

     

    AVI .avi 调用方便、图像质量好,压缩标准可任意选择,但文件大

    六、音视频文件大小计算
    (一)音频文件大小计算
    不经过压缩音频数据量的计算公式为:
    存储容量(字节)=(采样频率×采样精度×声道数)/8×时间
    (二)视频文件大小计算
    不经过压缩视频数据量的计算公式为:
    数据量(位/秒)= (画面尺寸*彩色位数(bit)*帧数)
    数据量*时间/8=文件总字节
    七、数字化处理过程
    数字化需要三个步骤:采样、量化和编码。

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  • 摘要:本文在比较传统的实时web通讯技术与研究HTML5 WebSocket技术基础上,通过研究WebSocket技术在实时WEB通讯中的应用,体现出WebSocket在B/S模式中的应用优势与价值。  1.前言  作为下一代的Web标准,HTML5...
  • 多媒体技术复习整理

    2020-11-29 21:14:51
    多媒体的特征有很多(多维化、实时性、交互性、数字化、集成性),本质特征:交互性。 多媒体的技术很多(数据压缩技术、基于内容的多媒体处理技术、专用芯片技数据存储与传输技术),关键技术:压缩编码技术 ...

    多媒体技术复习

    1. 常见文件:wav文件是波形文件,MPEG文件是视频文件,MIDI是电子音乐文件,记录控制命令

    2. 信息媒体的类型:感知媒体,显示媒体,表示媒体,传输媒体,存储媒体

    3. 多媒体的特征有很多(多维化、实时性、交互性、数字化、集成性),本质特征:交互性。

    4. 多媒体的技术很多(数据压缩技术、基于内容的多媒体处理技术、专用芯片技数据存储与传输技术),关键技术:压缩编码技术

    5. 声卡:单声道,采样频率,量化位数,采样时间,算采集到的数据(计算)(PCM的频率是8000)

    6. 奈奎斯特抽样定理:要想抽样后不失真地还原出原信号,抽样频率必须大于两倍信号谱的最高频率。

    7. 有哪些冗余?空间冗余(相邻区域的灰度和颜色)、时间冗余(相邻帧或音域间相同)、熵冗余(编码符号序列中的码字冗余)

    8. 压缩比越大,压完越小,压完后的质量越差。

    9. (计算)行程编码、哈夫曼编码、算术编码

    10. 哈夫曼编码适用于非均匀概率分布的信源编码,算术编码适用于均匀概率分布的信源编码。

    11. 非均匀量化:大信号采用大的量化间隔,小信号采用小的量化间隔。这样能够在满足精度要求的同时采用较小的位数来显示。(尽可能提供较多的信息)

    12. PCM、APCM、DPCM、ADPCM各自的思路和解决的问题。

    13. PCM是脉冲编码调制。步骤:采样-》量化-》编码。

    14. APCM是自适应脉冲编码调制,根据输入信号幅度的大小来改变量化阶大小。分为前向自适应和后向自适应。

    15. DPCM是差分脉冲调制编码调制。利用样本与样本之间的信息冗余度进行编码,即根据过去的样本估算下一个样本信号的幅度大小,称为预测值,对实际信号值和预测值之差进行量化编码。

    16. ADPCM是自适应差分脉冲调制编码调制。

      1. 利用自适应的思想去改变量化阶的大小,用小的量化阶来编码小的差值,大的量化阶去编码大的差值。
      2. 使用过去的样本值估算下一个输入样本的预测值,使得实际样本值和预测值之间的差值总是最小。
    17. PCM、子带、线性预测这三类方法的思路各有什么不同?

      1. 子带编码的基本思想:把输入音频信号的频带分成若干个连续的子带,对每个子带中的音频信号采用单独的编码方案去编码。在接收端将每个子带的编码单独编码,然后把它们组合起来,还原成原来的音频信号。
      2. 因为话音信号具有短时间内的相关性,所以可以通过分析话音产生声道参数,对这些参数进行编码。用线性预测器对过去的样本值来预测现时刻的采样值,预测值可以通过过去P个样本值的线性组合来表示。
    18. 颜色和颜色空间有哪些?它们的适用范围?

      1. RGB:适用于显示器信号
      2. HSI:适用于人眼识别
      3. CMY:适用于彩色印刷
      4. YUV:适用于电视信号9
    19. (计算)CMY和RGB的转化(归一化、非归一化);YUV和RGB的转换(矩阵相乘)

    20. (计算)数据量=水平分辨率垂直分辨率显示深度,算出的单位是bit,➗8变成byte,再除以1024转换成kb。

    21. (计算,同上题)给个图像给分辨率,算子采样后的数据量是多少?

      1. 4:2:0: 二分之一
      2. 4:1:1 :二分之一
      3. 4:2:2: 三分之二
    22. 请描述JPEG压缩编码的算法步骤以及可选方式。

      1. DCT变换。对每个单独的图像分量,将整个分量分成8*8的图像块,对每个图像块进行离散余弦变换的输入。
      2. 量化。对DCT变换后的频率系数进行量化。根据系数所在的位置和每种颜色分量的色调值来决定。关键是找到最小量化失真的量化器,JPEG对64个DCT系数除以量化步长,然后四舍五入取整。
      3. Z字形编排。对交流系数,将88矩阵变成164的矢量。
      4. 对直流系数进行差分脉冲调制编码。
      5. 对交流系数进行行程编码。
      6. 对DC、AC码进行熵编码。
    23. 有哪些拓展操作?

      1. 基于DCT的累进操作方式 累进方式可选:频谱选择法、按位逼近法。在量化器的输出端和熵编码的输入端之间,增加一个缓冲区,来多次扫描,分批编码。
      2. 基于DCT的分层操作方式
    24. 分层的原理?描述思路。
      1. 原理:对一幅原始图像的空间分辨率分成多个分辨率进行锥形编码方法,水平垂直的分辨率的下降以2的倍数因子改变。
      2. 把原始图像空间分辨率降低。
      3. 对已降分辨率的图像采用DCT的顺序方式、累进方式、无失真预测编码中任何一种编码方式进行编码。
      4. 对低分辨率的图像解码。重建图像,使用插值滤波器,对它插值,升高图像的水平垂直分辨率
      5. 把分辨率已升高的图像作为原始图像的预测值,对他们的差值采用基于DCT的顺序方式、累进方式或用无失真方式重新编码
      6. 重复45直到图像达到完整的分辨率编码。

    25. I帧、P帧、B帧的顺序?各自有什么特点?各自去除了什么冗余?
      1. 顺序:
      1. 在显示视频中:IBBPBBP
      2. 在编码中:IPBBIPBB
      2. 特点:
      1. I帧:帧内图,随机存取的位置,压缩比不大(空间冗余)
      2. P帧:预测帧,用先前的I或P参考预测(时间冗余)
      3. B帧:插补帧,根据先前和后续的信息,不能做其他参考帧(时间冗余)

    26. 运动补偿是?
      通过先前的局部图像来预测、补偿当前的局部图像,把对像素的编码转换成残差图像,算残差图像的运动向量。

    27. 多媒体通信服务质量有哪些指标:吞吐量、延时、延时抖动和差错率、服务可用性等。其中抖动可以用缓存的方式来解决。

    28. TCP、UDP的特点,多媒体使用UDP

    29. 与多媒体密切相关协议:
      IPv6:突出了对QOS的支持

    30. RTP,RTCP,RTSP,RSVP基本的功能,在哪一层
      1. RTP实时传输协议在应用层,提供端到端的运输
      2. RTCP是与RTP配合使用的,在应用层,为应用程序提供会话质量或广播性能质量的信息。
      3. RTSP在应用层,是多媒体播放控制协议。
      4. RSVP在传输层,允许应用程序为数据流保留贷款。

    31. 综合服务和区分服务,RSVP保障综合服务,不容易实现。

    32. 每层举出一两个例子:
      1. 应用层:RTP、RTCP、RTSP
      2. 传输层:RSVP、UDP
      3. 网络层:IPv6

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    千次阅读 2007-02-15 10:18:00
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空空如也

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多媒体技术的实时性